FI129360B2 - Menetelmä savukaasupäästöjen vähentämiseksi ja kattila - Google Patents

Abstract

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää ja kattilaa polttoaineiden ja ilman poltossa syntyvien typpioksidien määrän vähentämiseksi polttokattilan savukaasuista. Kattilalla on vedenkiertojärjestelmä, johon kuuluu tulistimia (8), ja tulipesä (16, 17, 18) polttoaineen polttamiseksi ja typpioksideja sisältävien savukaasujen muodostamiseksi, jotka savukaasut virtaavat pääosin ylöspäin tulipesässä ja edelleen tulistinalueelle ja kattilan muiden lämmöntalteenottopintojen (9, 10) kautta ulos kattilasta ja joihin savukaasuihin tuodaan typpioksideja pelkistävää ainetta. Olennaista on että typpioksideja pelkistävä aine tuodaan savukaasuihin ennen tulistinaluetta (8), mitä ennen savukaasujen lämpötilaa alennetaan ainakin yhden lämmönsiirtimen (15) avulla, joka sijaitsee savukaasuvirrassa ennen pelkistävän aineen tuontia (20), sopivan lämpötilaikkunan aikaansaamiseksi savukaasuvirrassa typpioksidien pelkistämiseksi.

Description

MENETELMÄ SAVUKAASUPÄÄSTÖJEN VÄHENTÄMISEKSI JA KATTILA

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään polttoaineiden ja ilman tai muun happi- pitoisen kaasun poltossa syntyvien typpioksidien määrän vähentämiseksi polttokatti- — lan savukaasuista. Keksintö koskee myös höyryä tuottavaa polttokattilaa.

Höyrykattiloiden, kuten sellutehtaan talteenottokattilan, savukaasut johdetaan tulipesäs- tä kosketukseen kattilan erilaisten lämmönsiirtimien, tulistimien, keittopinnan ja veden esilämmittimien kanssa, jolloin kaasujen sisältämä lämpö otetaan talteen lämmönsiirti- — missä virtaavaan veteen, höyryyn tai niiden seokseen. Kattilan keittopinta tarkoittaa lämmönsiirrintä, joka muodostuu lämmönsiirtoelementeistä, joiden sisällä virtaa lämmi- tettävä kattilan kattilavesi. Kattilan ekonomaiseri (esilämmitin) tarkoittaa lämmön- siirrintä, joka muodostuu lämmönsiirtoelementeistä, joiden sisällä virtaa lämmitettävä kattilan syöttövesi. Keittopinnassa ja ekonomaiserissa lämmönsiirtoelementtien välissä on savukaasuvirtaukselle vapaata tilaa. Savukaasun virratessa lämmönsiirtoelement- tien ohi lämpöä siirtyy elementtien sisällä virtaavaan syöttöveteen tai kattilaveteen. Kat- tilan savukaasut johdetaan ekomaiserista sinänsä tunnetulla tavalla savukaasunpoisto- yhteen kautta kattilaa seuraavaan kaasun puhdistukseen, kuten sähkösuodattimeen.

Kuviossa 1 on kemikaalien talteenottokattilan rakenne, jossa on tulipesä 1, jota rajoitta- — vat vesiputkiseinät: etuseinä 2, sivuseinät 3 ja takaseinä 4, ja myös vesiputkista muo- dostettu pohja 5. Tulipesään syötetään polttoilmaa usealta eri tasolta primääri-, sekun- dääri- ja tertiääri-ilmoina. Ilmatasoja voi olla muitakin. Jätelientä, kuten mustalipeää. johdetaan suuttimista 6 sekundääri- ja tertiääri-ilmavyöhykkeiden välissä. Poltossa tuli- pesän pohjalle 5 muodostuu jäteliemestä sulakeko, josta sula poistetaan tulipesän ala- 2 25 osaan sovitetun sulakourun 7 kautta pois. & + Tulipesän yläpuolella sijaitsevat kattilan lämmöntalteenottopinnat eli tulistimet 8, ja tuli-

I pesän takaseinän 4 puolella ovat tulipesän yläpuolella olevien tulistimien jälkeiset läm- = mönsiirtimet, keittopinta 9 ja ekonomaiserit 10, joissa tulipesässä muodostuneen savu-

E: kaasun lämpö otetaan talteen. Kattilan keittopinnoilla 9 kylläisessä lämpötilassa oleva 5 30 — vesi kiehutetaan osittain höyryksi ja syöttöveden esilämmittimissä 10 vesi lämmitetään

S savukaasun avulla ennen veden johtamista kattilan höyrystävään osaan 9 ja tulistaviin

S osiin 8. Tulistimissa kylläinen höyry lämmitetään lämpötilaltaan korkeammaksi höyryksi.

LL Ns. nokkaa on merkitty viitenumerolla 14.

Kattilan vesi/höyrykierto on järjestetty luonnonkierrolla, jolloin tulipesän seinien ja pohjan vesiputkissa muodostuva vesi/höyryseos nousee ylös keräilyputkien kautta höyrylieriöön 11, joka on kattilaan nähden poikittain eli etuseinän 2 suuntaisesti.

Höyrylieriöstä kuumaa vettä virtaa laskuputkien 12 kautta pohjan jakotukkiin 13, josta — vesi jakaantuu pohjan vesiputkiin ja edelleen vesiputkiseiniin.

Jätelipeän talteenottokattila muodostuu tavanomaiseen tapaan seuraavista pääosista, jotka on esitetty kaavamaisesti kuvassa 1: —-Tulipesän alaosa 16, jossa jätelipeän polttaminen pääosin tapahtuu. - Tulipesän keskiosa 17, jossa kaasumaisten polttokelpoisten aineiden loppuunpalami- nen pääosin tapahtuu. - Tulipesän yläosa 18 - Tulistinalue 8, jossa höyrylieriöstä 11 lähtevä kylläinen höyry muutetaan lämpötilaltaan — korkeammaksi (tulistetuksi) höyryksi. Tulistinalueella tai sen edessä on usein ns. ver- hoputkisto 15, joka yleensä kiehuttaa vettä. - Keittopinta 9, eli veden höyrystin, jossa kylläisessä lämpötilassa oleva vesi kiehute- taan osittain höyryksi. - Syöttöveden esilämmittimet eli ns. ekonomaiserit 10, joissa savukaasujen avulla esi- — lämmitetään lämmönsiirtoelementeissä virtaava syöttövesi ennen veden johtamista lie- riöön 11 ja kattilan höyrystäviin osiin 9 ja tulistaviin osiin 8. - Lieriö (tai höyrylieriö) 11, jonka alaosassa on vettä ja yläosassa kylläistä höyryä. Toi- sissa kattiloissa on kaksi lieriötä: höyrylieriö (ylälieriö) ja vesilieriö (alalieriö), joiden välil- le on sijoitettu veden kiehuttamista varten tarkoitettu lämmönsiirrin, ns. keittopintaput- — kisto. oO

S

3 Tulipesän yläosassa kattilan takaseinällä sijaitsee nokka, jossa kattila kapenee ja joka

I on yleinen raja-alue tulipesän ja lämmöntalteenottopintojen välillä. Nokan muodostaa

T kattilan takaseinässä oleva syvennys, joka suuntautuu kattilan etuseinää kohden. Nok- z 30 — ka käsittää täten alaseinämäosan, joka suuntautuu tyypillisesti vinottain takaseinämästä 5 kattilan etuseinää kohti, yläseinämäosan, joka suuntautuu kattilan etuseinästä vinoittain

S takaseinää kohden, sekä näitä yhdistävän nokan kaaren tai kärjen. Nokka-alueen tar-

S koituksena on suojata tulistinosaa suoralta lämpösäteilyltä tulipesästä sekä edesauttaa

TH ylösvirtaavan savukaasun kääntymistä kulman ympäri kohti kattilan savukaasujen pois- —toyhdettä sillä tavoin että kaasujen virtaus on tasaista lämmöntalteenottopintojen ohi.

Ns. nokan syvyys, jolla on tärkeä osa savukaasuvirran ohjaamisessa tulipesän ylä- osaan, on esimerkiksi yksilieriökattiloissa tyypillisesti 40 -50 % tulipesän kokonais- syvyydestä, jolla tarkoitetaan tulipesän sivuseinän horisontaalista pituutta.

Monet talteenottokattilat on lisäksi varustettu verhoputkilla tulistimien etupuolella kaa- sunvirtaussuunnassa tyypillisesti vaakasuuntaisesti nokan syvimmässä kohdassa. Ver- hoputkissa virtaa yleensä kylläisessä tilassa oleva veden ja höyryn seos, joka on yh- teydessä kattilan veden kiertoon. Verhon tarkoitus on jäähdyttää savukaasuja jonkin verran ennen niiden menoa tulistinalueelle, estää säteilyä tulipesästä tulistinputkiin ja — pidättää osa tulipesästä karkaavista ns. carry-over-partikkeleista.

Erilaisten polttoaineiden, kuten mustalipeän, poltossa syntyy runsaasti savukaasuja, jotka sisältävät erilaisia epäpuhtauksia, kuten typen oksideja. Polton aikana typpioksi- dia muodostuu osasta ilman ja polttoaineen kuljettamaa typpeä, kun taas loppu ty- — pestä poistuu molekyylisenä typpenä (N,) ja pieninä määrinä vaarallisia yhdisteitä kuten dityppioksidi (N2O), ammonium (NH3) ja syaanivety (HCN). — Typpioksideja muodostuu useita eri reittejä, riippuen olosuhteista ja polttoaineista.

Typpioksidien poistomenetelmien tarkoitus on minimoida saastuttavat typpioksidi- — päästöt ja siten maksimoida harmittoman molekyylisen typen N, osuus pitäen samal- la kaikkien muiden vaarallisten yhdisteiden päästöt alhaisina. Tyypillisiä typpioksidi- en poistomenetelmiä ovat polttoainevaiheistus, ilmavaiheistus sekä selektiivinen ei- katalyyttinen pelkistys (Selective non-catalytic reduction, SNCR). — Selektiivinen ei-katalyyttinen pelkistys on poltossa syntyneen typpioksidin pelkistä- 2 mistä reagenssin, kuten ammoniakin, lisäyksellä. Menetelmän tehokkuuteen vaikut-

N tavat toimintaolosuhteet, polttoaineen koostumus sekä läsnä oleva reagenssi. Niinpä

S tästä tekniikasta on tunnettuja toteutusmuotoja, joihin kuuluu polttoaineköyhä, am- = moniakkia käyttävä prosessi [U.S. Patent No. 3,900,554], polttoainerikas ammoniak-

E 30 kia käyttävä prosessi [U.S. Patent No. 4,325,924] sekä polttoainerikas ureaa käyttä- — vä prosessi [U.S. Patent No. 4,335,084]. 2 SNCR:n variaatiot käsittävät pelkistävän aineen lisäyksen erilaisten virtausten kaut-

S ta, esim. jälkipolton polttoaineen kanssa, ilman kanssa tai yksinään. Kunkin variaati- on toiminta rajoittuu tarkkaan määriteltyihin olosuhteisiin. Kun hiilimonoksidia (CO) ei ole läsnä, polttoaineköyhä SNCR toimii alueilla 1100 — 1400 K (827-1127*C), kun taas polttoainerikas SNCR toimii korkeammissa lämpötiloissa. Hiilimonoksidi on kui- tenkin läsnä melkein kaikissa prosesseissa, joissa käytetään SNCR-menetelmää, ja sen haitallinen seuraus on lämpötilaikkunoiden ailahtelu ja kaventuminen. Optimaa- — lisia olosuhteita SNCR:lle on vaikea saada aikaan useissa polttolaitteissa.

US-patentissa 5820838 kuvataan kiertoleijupetikattila (CFB, circulating fluidized bed), jossa savukaasuvirtaan on asennettu lämmönsiirtoputkia, kuten omega-putkia.

Ratkaisussa typpioksidien kanssa reagoivan aineen (esimerkiksi ammoniakki tai urea) ruiskutusvälineet on integroitu omega-putkiin Tavoitteena on saavuttaa pel- kistävän aineen riittävä jäähdytys tarpeeksi alhaiseen lämpötilaan, esim. 100-600 *C, injektoitaessa niin ettei pelkistävä aine hajoa. Tässä patentissa ei kuitenkaan ole kiinnitetty huomiota sopivan lämpötilaikkunan luomiseksi typpioksidin ja pelkistävän aineen välille. Yleistä tekniikan tasoa edustavia ratkaisuja tunnetaan myös patentti- — julkaisuista US 6155210 A, F1119332 B ja WO2004105928 A2.

Talteenottokattiloiden NOx —pitoisuuksien pienentämistä on jo toteutettu vaiheistuk- seen tai SNCR-tekniikkaan perustuvin keinoin käyttäen i) *kvartääri-ilmaa” talteenot- tokattilan yläosassa korkealla tasolla, jonka yhdessä sovellutusmuodossa lisätään — ko. ilman mukana ammoniakkia (WO 97/21869), ii) "ilman vertikaalivaiheistusta” [FI 101420 BJ, jossa ilmasuihkut syötetään talteenottokattilan tulipesään useilla pystyta- soilla sijaitsevien suuttimien avulla, iii) "Mitsubishi Advanced Combustion Technolo- gy” (MACT) [Arakawa Y., Ichinose T., Okamoto A., Baba Y, Sakai T., in Proc. of the

Int. Chemical Recovery Conf., Whistler, British Columbia, Jun. 11-14, 257-260, 2001], jossa pelkistävä aine (urea) voidaan lisätä ilmavaiheistuksen jälkeen, ja iv)

N mustalipeän vaiheistusta [FI Patent 103905], jossa mustalipeää syötetään ainakin

N kahdelta tasolta tulipesään, jossa on ilman vertikaalivaiheistus kohdan (ii) mukaan. - Näillä tekniikoilla on päästy 30-50%:n NOx-vähennykseen, mutta ne vaativat käytös- a sä säätöjä, jotka eivät ole optimaalisia talteenottokattilalle. Nämä tekniikat usein vaa-

E 30 — tivat ylisuuria tulipesiä tulipesän jälkeisen lämpötilan pitämiseksi riittävän alhaisena — ja/tai kalliimpia materiaaliratkaisuja korroosion estämiseksi ,. Käytännössä vaiheistet- = tu poltto tai SNCR-tekniikka talteenottokattiloissa vaatii jopa niin alhaisia lämpötiloja 2 kuin 850-1000°C, joihin päästään vain sellaisissa talteenottokattiloissa, jotka ovat

N perinteisiä suurempia ja siten kalliimpia.

Eräs esillä olevan keksinnön tarkoituksista on aikaansaada menetelmä polttoproses- seista tulevien haitallisten typpiyhdisteiden, erityisesti typpioksidien, päästöjen hallit- semiseksi edellä kuvattuja menetelmiä tehokkaammalla ja taloudellisemmalla taval- la. Erityisesti esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja 5 — laite sopivan lämpötilaikkunan järjestämiseksi typpioksidien poistomenetelmälle, joka perustuu SNCR-tekniikkaan. Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa erityisesti ke- mikaalien talteenottokattilassa, mutta myös muissa höyryä tuottavissa kattiloissa, joissa on tarpeellista aikaansaada SNCR-tekniikan käytön vaatima lämpötilaikkuna. — Näiden tarkoitusperien saavuttamiseksi esillä oleva keksintö koskee menetelmää polttoaineiden ja ilman poltossa syntyvien typpioksidien määrän vähentämiseksi polt- tokattilan savukaasuista, jolla kattilalla on vedenkiertojärjestelmä, johon kuuluu tulis- timia, ja tulipesä polttoaineen polttamiseksi ja typpioksideja sisältävien savukaasujen muodostamiseksi, jotka savukaasut virtaavat pääosin ylöspäin tulipesässä ja edel- — leen tulistinalueelle ja kattilan muiden lämmöntalteenottopintojen kautta ulos kattilas- ta ja joihin savukaasuihin tuodaan typpioksideja pelkistävää ainetta. Tunnusomaista keksinnölle on, että typpioksideja pelkistävä aine tuodaan savukaasuihin ennen tulis- tinaluetta, mitä ennen savukaasujen lämpötilaa alennetaan ainakin yhdellä lämmön- siirtimellä, joka sijaitsee savukaasuvirrassa ennen pelkistävän aineen tuontia, sopi- van lämpötilaikkunan aikaansaamiseksi savukaasuvirrassa typpioksidien pelkistämi- seksi.

Keksintö koskee myös höyryä tuottavaa kattilaa, jolla on vedenkiertojärjestelmä, johon kuuluu lämmöntalteenottopintoja, kuten tulistimia, ja tulipesä polttoaineen polttamiseksi ja savukaasujen muodostamiseksi, jotka savukaasut virtaavat pääosin ylöspäin tuli-

S pesässä ja edelleen tulistinalueelle ja kattilan muiden lämmöntalteenottopintojen kautta 5 ulos kattilasta, ja syöttövälineet typpioksideja pelkistävän aineen tuomiseksi savukaa-

I suihin. Tunnusomaista kattilalle on että tulipesässä savukaasuvirrassa on sijoitettuna

Ne yksi tai useampi lämmönsiirrinsavukaasujen lämpötilan alentamiseksi ja sopivan lämpö- = 30 — tilaikkunan aikaansaamiseksi savukaasuvirrassa typpioksidien pelkistämiseksi, ja että 5 pelkistävän aineen syöttövälineet sijaitsevat savukaasun virtaussuunnassa yhden tai

S useamman lämmönsiirtimen jälkeen ja ennen tulistinaluetta.

O

N

L

Lämmönsiirtimellä tarkoitetaan tässä yhteydessä laitetta, jossa savukaasusta ote- taan lämpöä talteen epäsuorasti väliaineeseen. Tyypillisesti laite käsittää putkia, joi- den sisällä savukaasuista lämpöä vastaanottava väliaine virtaa. —Keksinnön erään -edullisen suoritusmuodon mukaan mainitussa lämmönsiirtimessä tai lämpöpinnassa lämpöä otetaan talteen savukaasuista kattilan veden kiertojärjestel- mään höyryn tulistamiseksi ja/tai kattilaveden höyrystämiseksi ja/tai syöttöveden esi- lämmittämiseksi Lämpöä voidaan ottaa talteen myös kattilan polttoilman lämmittämi- seksi ja/tai muun väliaineen lämmittämiseksi lämmönsiirtimen avulla. Esillä olevassa —keksinnössä on olennaista että lämpöä otetaan savukaasuista talteen tulipesän ylä- osaan asennettuun lämmönsiirtimeen, joita on ainakin yksi ja näin alennetaan savu- kaasun lämpötila sopivaksi typpioksidien määrän vähentämiseksi pelkistysaineella, ku- ten ammoniakilla. — Olennaista on, että lämmönsiirrin tai lämmönsiirtimet sijoitetaan sellaiseen kohtaan, että syntyy riittävän suuri tilavuus reagenssin syöttämiseksi ja reagoimiseksi oikeassa läm- pötilassa ennen nokan yläpuolella sijaitsevaa tulistinaluetta.

Kuten aikaisemmin on kuvattu, niin talteenottokattila voi olla varustettu verhoputkilla — tulistimien etupuolella kaasunvirtaussuunnassa tyypillisesti vaakasuuntaisesti nokan syvimmässä kohdassa. Esillä olevan keksinnön mukaisessa järjestelyssä mainittuna lämmönsiirtimenä voi olla verhoputkisto, joka erään edullisen suoritusmuodon mukaan sijaitsee tulipesän pystysuorassa korkeussuunnassa sellaisella korkeudella, että verho- putkiston yläpuolelle muodostuu SNCR-reagenssin ruiskutukselle otollinen tila savu- — kaasuvirrassa ennen nokan yläpuolella sijaitsevia tulistimia.

DN

S

4 Kuten edellä mainittiin, niin kattilan nokka muodostaa kattilan takaseinässä olevan sy-

I vennyksen, joka suuntautuu kattilan etuseinää kohden. Nokka käsittää täten alaseinä-

TY mäosan, joka suuntautuu tyypillisesti vinottain takaseinämästä kattilan etuseinää kohti, = 30 — yläseinämäosan, joka suuntautuu kattilan etuseinästä vinoittain takaseinää kohden, 5 sekä näitä yhdistävän nokan kaaren tai kärjen, joka voi olla myös pääasiallisesti pys-

S tysuora seinäosa (kattilan takaseinän pystyosa). Keksinnön erään suoritusmuodon mu-

S kaan mainittu ainakin yksi lämmönsiirrin, kuten verhoputkisto, sijaitsee kattilan korkeus- = suunnassa nokan alapuolella. Riippuen nokan muodosta keksinnön erään suoritus- — muodon mukaan vähintään yksi lämmönsiirrin, kuten verho, voi sijaita myös nokan alu-

eella. Tällöin nokan kärjen edullisesti muodostaa nokan vinoja ala- ja yläseinämää yh- distävä pystyseinäosa, jolloin nokan alue pystysuorassa suunnassa on riittävän pitkä lämmönsiirtimen tai lämmönsiirtimien sijaintia varten. — Keksinnön mukaisessa ratkaisussa lämmönsiirtimen tai lämmönsiirtimien on sijaitta- va sellaisen etäisyyden päässä sen yläpuolisista tulistimista että lämmönsiirtimen ja tulistimen välissä voidaan typpioksideja pelkistävä aine syöttää edullisella tavalla si- ten että ko. aine ehtii reagoida typpioksidien kanssa niiden poistamiseksi savukaa- susta mahdollisimman suuressa määrin ennen tulistin aluetta. Tarvittavaan etäisyy- teen vaikuttaa viipymäaika, pelkistävän aineen sekoittumisen tehokkuus savukaa- suun ja savukaasun lämpötila.

Keksinnön eräänä etuna on se, että NOxin kanssa reagoiva aine (esimerkiksi am- moniakki tai urea) voidaan ruiskuttaa oikeassa lämpötilaikkunassa suuressa tilavuu- — dessa, jolloin viipymäaika on tarpeeksi suuri. Aineen syöttö voidaan tehdä esimer- kiksi lämmönsiirtimen, kuten verhon, yläpuolella olevien ilmasuihkujen mukana höy- rystämällä ammoniakki ilman joukkoon, jolloin samalla saavutetaan tehokas sekoit- tuminen. Lisäetuna voi mainita, että verhon keksinnön mukainen sijainti vähentää karkaavien lipeäpartikkeleiden eli ns. carry-overin kulkeutumista ylös tulistinpinnoille.

Keksinnön ratkaisussa edullisesti ainakin yksi lämmönsiirrin, joka sijaitsee savukaa- sun virtaussuunnassa ennen pelkistävän aineen eli SNCR-reagenssin ruiskutusta, toimii tulistimena. Toisin sanoen ainakin osa verhosta siirtää lämpöä savukaasusta tulistettuun höyryyn. Näin ollen kattilan koko tai kattilan tulistinpinnan määrä ei kas- — va, koska verhoputkisto muodostaa osan kattilassa tarvittavasta tulistinpintakapasi- 3 teetista. < SNCR-reagenssin eli pelkistävän aineen ruiskutusta ennen sijaitseva lämmönsiirrin

T tai sijaitsevat lämmönsiirtimet mitoitetaan niin, että savukaasujen lämpötila alenee = 30 — riittävästi halutun lämpötilaikkunan saavuttamiseksi. Keksinnön mukaan siis ennen 5 reagenssin ja savukaasujen typpioksidien reagointia savukaasuvirrassa sijaitsee riit-

S tävän kapasiteetin omaava lämmönsiirrinmäärä savukaasujen lämpötilan alentami-

S seksi sopivaa lämpötilaikkunaa varten.

L

Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa nokan yläpuolella sijaitsevien tulistimien korkeuden madaltamisen ja siten myös kattilan kokonaiskorkeuden madaltamisen.

Vaaditun lämpötila-ikkunan saavuttaminen kattilan tulipesässä, jossa lämpö siirtyy — pääasiassa ainoastaan tulipesän seiniin, tekisi kattilan tulipesästä, ja täten koko kat- tilasta ja kattilarakennuksesta erittäin korkean.

Keksintö mahdollistaa SNCR-tekniikan käytön erityisesti kemikaalien talteenottokatti- lassa tai muussa höyrykattilassa, jossa ruiskutetun ammoniakin tai urean sekoitus on — vaikeaa, vaadittavassa lämpötilassa.

Asentamalla keksinnön mukaisesti ainakin yksi lämmönsiirrin tulipesään ennen NO- xin kanssa reagoivan aineen (esim. ammoniakin) syöttöä saavutetaan alhaisempi lämpötila, mikä mahdollistaa pelkistävän aineen syötön oikeassa lämpötila- — ikkunassa tulipesässä, jolloin typpioksidit muodostavat typpeä ja vettä. Erityisesti tämä on ollut ongelmallista kemikaalien talteenottokattilassa, jossa tulipesässä läm- pötilat ovat tyypillisesti liian korkeita SNCR-menetelmän soveltamiselle. Lisäksi pel- kistävää ainetta, kuten ammoniakkia tai ureaa, ei haluta menevän tulistinpinnoille, jolloin aineiden syöttö myöhemmässä vaiheessa on epäedullista tulistinkorroosion — takia. Kuplapeti (BFB)-kattiloissa lämpötilat ovat tyypillisesti matalampia kuin tal- teenottokattilassa, mutta myös niiden yhteydessä esillä olevaa keksintöä voidaan tarvittaessa soveltaa.

Esillä oleva keksintö mahdollistaa esimerkiksi sen, että injektoiva pelkistävä aine, — kuten urea ja/tai ammoniakki, voidaan syöttää väliaineen, esimerkiksi ilman tai kier-

S rätettävän savukaasun, mukana tehokkaasti tulipesässä ennen tulistimia, jotka ovat 5 näin ollen tehokkaammin suojattuja SNCR-aineen mahdolliselta korrodoivalta vaiku- <Q tukselta. On edullista syöttää pelkistävä aine kattilan polttoilman mukana, jolloin kat- — tilaa ei tarvitse varustaa lisäaukoilla ko. aineen syöttöä varten. Pelkistävän aineen

E 30 — kantokaasu voi olla peräisin kattilan polttoilmajärjestelmästä tai omasta erillisestä 5 kaasulähteestä. Kantokaasuna käytettävä savukaasu voi olla peräisin kattilasta, jos-

S sa keksintöä käytetään tai tehtaan muusta polttokattilasta.

L

Syöttö voi tapahtua ammoniakkikaasuna myös paineistettuna höyryn kanssa Ammoni- akkia voi myös imeä säiliöstä höyryejektorilla ja ruiskuttaa höyryn kanssa kattilaan.

Ammoniakki voidaan myös nesteyttää, sekoittaa veteen ja ruiskuttaa kattilaan.

Pelkistävän aineen syötössä väliaineena voi olla myös em. väliaineiden yhdistelmä tai yhdistelmiä, esim. ilmaa ja savukaasua.

Esillä oleva keksintö tarjoaa yksinkertaisen menetelmän polttoprosesseista tulevien hai- tallisten typpiyhdisteiden päästöjen hallintaan. — Esillä olevaa keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla ohei- siin kuvioihin, joissa

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti sinänsä tunnettua kemikaalien talteenottokattilaa, ja

Kuvio 2 a, 2b ja 2c esittävät keksinnön eräitä toteutusmuotoja kaavamaisesti.

Kuvioissa 2a-2c on soveltuvin osin käytetty samoja viitenumeroita kuin kuviossa 1.

Kuviossa 2a-2c on talteenottokattilan rakenne, jossa on tulipesä, jota rajoittavat vesi- putkiseinät: etuseinä 2, sivuseinät 3 ja takaseinä 4, ja myös vesiputkista muodostettu pohja 5. Tulipesän yläpuolella sijaitsevat kattilan tulistimet 8. - Tulipesän alaosa 16, jossa jätelipeän polttaminen pääosin tapahtuu. - Tulipesän keskiosa 17, jossa kaasumaisten polttokelpoisten aineiden loppuunpalami- nen pääosin tapahtuu. - Tulipesän yläosa 18 o 25 —- Tulistinalue 8, jossa höyrylieriöstä lähtevä kylläinen höyry muutetaan lämpötilaltaan

S korkeammaksi (tulistetuksi) höyryksi. Savukaasun virtaussuunnassa ennen nokan ylä- 3 puolista tulistinaluetta on ns. verhoputkisto15. . ~

I Tulipesässä syntynyt savukaasu virtaa ylöspäin tulipesän yläosaan ja edelleen kattilan > 30 — muihin lämmöntalteenotto-osiin, kuten tulistimille 8. Savukaasun päävirtaussuuntaa on + merkitty nuolella 19. 3

N Tulipesän yläosassa 18 kattilan takaseinällä 4 sijaitsee nokka 14, jossa kattila kapenee ja joka on yleinen raja-alue tulipesän ja lämmöntalteenottopintojen välillä. Nokan muo- — dostaa kattilan takaseinässä oleva syvennys, joka suuntautuu kattilan etuseinää 2 koh-

den. Nokka käsittää täten alaseinämäosan 14b, joka suuntautuu tyypillisesti vinottain takaseinämästä 4 kattilan etuseinää 2 kohti, yläseinämäosan 14a , joka suuntautuu kat- tilan etuseinästä 2 vinoittain takaseinää 4 kohden, sekä näitä yhdistävän nokan kaaren tai kärjen 14c.

Kuviossa 2a on keksinnön mukaisesti lämmönsiirrin, tässä tapauksessa verho 15, sijoi- tettu ylöspäin virtaavaan savukaasuvirtaan 19 kattilan nokan 14 alapuolelle. Verhopin- nan ja tulistimen 8 alareunan 8a välille on sijoitettu typpioksideja pelkistävän aineen syöttövälineet 20. Verhopinta 15 ulottuu etuseinästä takaseinään, jolloin se kattaa tuli- — pesän vaakasuoran poikkipinnan, jolloin verhopinta tulee hyvin kosketukseen ylösvir- taavan savukaasun kanssa, ja näin savukaasun lämpötilaa voidaan alentaa edulliseksi typpioksidien pelkistymistä varten. Verhopinta toimii tässä sovellutuksessa edullisesti ainakin osittain tulistuspintana. Verhopinnan toimiessa osittain tulistinpintana osa ver- hopinnasta toimii veden höyrystimenä. Lämmönsiirtimenä toimiva verho mitoitetaan niin, että savukaasujen lämpötila alenee riittävästi halutun lämpötilaikkunan saavut- tamiseksi.

Kuvion 2a esittämässä sovellutusmuodossa, missä savukaasuja jäähdyttävä lämmön- siirrin sijaitsee nokan alapuolella, pelkistävä aine lisätään esimerkiksi tertiääri-ilman — mukana.

Nokan kärki voi olla myös pääasiallisesti pystysuora seinäosa 14c (kuviot 2b ja 2c).

Tässä tapauksessa keksinnön erään suoritusmuodon mukaan keksinnön mukainen lämmönsiirrin tai -pinta, kuten verho, sijaitsee nokan kärjen alueella (kuvio 2b). Täl- — löin nokan kärjen edullisesti muodostaa nokan vinoja ala- ja yläseinämää yhdistävä

S pystyseinäosa, jolloin nokan kärjen alue pystysuorassa suunnassa on riittävän pitkä 5 lämmönsiirtolaitteen sijaintia 15 varten ja pelkistävän aineen syöttövälineitä 20 var-

S ten. Etäisyyden (L) tulistimista 8 on oltava riittävä, jotta savukaasun typenoksidit ja = pelkistävä aine ehtivät riittävästi reagoida ennen tulistinaluetta

E 30 = Kuvion 2c mukaisessa suoritusmuodossa nokan kärki on myös pääasiallisesti pys- o tysuora seinäosa 14c. Nokan kärjen alueelle on ristikkäin lomittain asetetut verhopin-

S nat 15 a ja 15b, mikä on tilan käytön kannalta edullista. Tässä tapauksessa myös . verhopinnan yläpuolelle on sijoitettu typpioksideja pelkistävän aineen syöttövälineet 20.

Kuvioiden 2b ja 2c sovellutusmuodoissa pelkistävä aine, kuten ammoniakki, lisätään edullisesti ilman mukana tai kierrättämällä savukaasua tai muulla edellä kuvatulla taval- la.

Esillä olevan keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa sopivan lämpötilaikkunan jär- jestämisen höyryä tuottavaan kattilaan, erityisesti kemikaalien talteenottokattilaan sa- vukaasun typpioksidien poistomenetelmälle, joka perustuu SNCR-tekniikkaan. — Vaikka edellä on esitetty vain eräitä edullisia suoritusmuotoja keksinnön mukaisesta menetelmästä, kuuluvat keksintöön kaikki sellaiset erilaiset muunnelmat ja variaatiot, jotka sisältyvät oheisissa patenttivaatimuksissa määriteltyyn suoja-alueeseen. oO

O

O

N

+ <Q

PP

I

=

T o

O

O

O

N

L

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Menetelmä polttoaineiden ja ilman poltossa syntyvien typpioksidien määrän vähentämiseksi polttokattilan savukaasuista, jolla kattilalla on vedenkiertojärjestelmä, johon kuuluu tulistimia (8), ja tulipesä (16, 17, 18) polttoaineen polttamiseksi ja typpioksideja sisältävien savukaasujen muodostamiseksi, jotka savukaasut (19) virtaavat pääosin ylöspäin tulipesässä ja edelleen tulistinalueelle (8) ja kattilan muiden lämmöntalteenottopintojen (9, 10) kautta ulos kattilasta ja joihin savukaasuihin tuodaan typpioksideja pelkistävää ainetta, missä kattila on varustettu nokalla (14), jonka kohdalla tulipesä kapenee, tunnettu siitä, että typpioksideja pelkistävä aine tuodaan pääosin ylöspäin virtaaviin savukaasuihin (19) ennen tulistinaluetta (8), mitä ennen savukaasujen lämpötilaa alennetaan ainakin yhden lämmönsiirtimen (15) avulla, joka sijaitsee kattilan korkeussuunnassa nokan (14) alapuolella tai nokan (14) alueella ja savukaasuvirrassa

IS (19) ennen pelkistävän aineen tuontia (20), sopivan lämpötilaikkunan aikaansaamiseksi savukaasuvirassa typpioksidien pelkistämiseksi missä mainittu ainakin yksi lämmönsiirrin (15) ulottuu kattilan etuseinästä (2) takaseinään (4), jolloin se kattaa tulipesän vaakasuoran poikkipinnan, ja missä syöttövälineet (20) typpioksideja pelkistävälle aineelle on sijoitettu mainitun ainakin yhden lämmönsiirtimen (15) ja — tulistimien (8) alareunan välille. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmönsiirtimessä (15) lämpöä otetaan talteen savukaasuista höyryn tulistamiseksi. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

LO lämmönsiirtimessä (15) lämpöä otetaan talteen savukaasuista kattilaveden

S höyrystämiseksi. = n 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

I 30 — lämmönsiirtimessä (15) lämpöä otetaan talteen savukaasuista kattilan syöttöveden > esilämmittämiseksi. > 3 5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että

N lämmönsiirtimessä (15) lämpöä otetaan talteen savukaasuista kattilan polttoilman + 35 — lämmittämiseksi.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistävä aine (20) tuodaan savukaasuvirtaan (19) väliaineen avulla. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistävä aine (20) tuodaan savukaasuvirtaan (19) ilman avulla. 8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistävä aine (20) tuodaan savukaasuvirtaan (19) kierrätettävän savukaasun avulla. 9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että typpioksideja pelkistävänä aineena (20) on ammoniakki, urea tai ammoniakkia tuottava prekursori. — 10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä että tulipesässä poltetaan mustalipeää. 11. Höyryä tuottava kattila, jolla on vedenkiertojärjestelmä, johon kuuluu lämmöntalteenottopintoja käsittäen tulistimia (8), ja tulipesä polttoaineen polttamiseksi ja savukaasujen muodostamiseksi, jotka savukaasut (19) virtaavat pääosin ylöspäin tulipesässä (16, 17, 18) ja edelleen tulistinalueelle ja kattilan muiden lämmöntalteenottopintojen (9, 10) kautta ulos kattilasta, ja syöttövälineet typpioksideja pelkistävän aineen tuomiseksi savukaasuihin, missä kattila on varustettu nokalla (14), jonka kohdalla tulipesä kapenee, tunnettu siitä, että mainitut syöttövälineet (20) on — järjestetty tuomaan typpioksideja pelkistävä aine pääosin ylöspäin virtaaviin

LO savukaasuihin ennen tulistinaluetta, ja että tulipesässä savukaasuvirrassa (19) kattilan

S korkeussuunnassa nokan (14) alapuolella tai nokan (14) alueella on sijoitettuna 2 ainakin yksi lämmönsiirrin (15) savukaasuvirran lämpötilan alentamiseksi sopivan n lämpötilaikkunan — aikaansaamiseksi — savukaasuvirrassa (19) typpioksidien

I 30 — pelkistämiseksi, ja että pelkistävän aineen syöttövälineet (20) sijaitsevat savukaasun > (19) virtaussuunnassa mainitun ainakin yhden lämmönsiirtimen (15) jälkeen ja ennen + tulistinaluetta (8), missä mainittu ainakin yksi lämmönsiirrin (15) ulottuu kattilan 3 etuseinästä (2) takaseinään (4), jolloin se kattaa tulipesän vaakasuoran poikkipinnan,

N ja missä mainitut syöttövälineet (20) typpioksideja pelkistävälle aineelle on sijoitettu + 35 — mainitun ainakin yhden lämmönsiirtimen (15) ja tulistimien (8) alareunan välille.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen kattila, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi lämmönsiirrin (15) on kytketty kattilan vedenkiertojärjestelmään siten että järjestelmässä — virtaavaa höyryä tulistetaan lämmönsiirtimessä savukaasujen lämmöllä. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 11-12 mukainen kattila, tunnettu siitä, että pelkistävän aineen syöttövälineet (20) on kytketty kattilan polttoilmajärjestelmään tai savukaasun poistojärjestelmään polttoilman tai kierrätyssavukaasun käyttämiseksi kantokaasuna — pelkistävän aineen syötössä. 14. Jonkin patenttivaatimuksen 11-13 mukainen kattila, tunnettu siitä, että pelkistävän aineen syöttövälineet (20) on kytketty kaasulähteeseen ko. kaasun käyttämiseksi kantokaasuna pelkistävän aineen syötössä. 15. Jonkin patenttivaatimuksen 11-14 mukainen kattila, tunnettu siitä, että pelkistävän aineen — syöttövälineet (20) on kytketty jonkin toisen kattilan savukaasun poistojärjestelmään kierratyssavukaasun käyttämiseksi kantokaasuna pelkistavan aineen syötössä. 16. Jonkin patenttivaatimuksen 11-15 mukainen kattila, tunnettu siitä, että kattila on sellutehtaan kemikaalien talteenottokattila.

LO

N

O

N

O

<Q

Nn

I

[an a 5 o

O

O

S

N

L